CN1117233A - 语音、数据同时传输中的副信道通信 - Google Patents

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Abstract

在语音、数据同时通信***中，一个信号点流被划分成一组符号块，每个符号块都包括一个数据段和一个控制段。数据段载有用户发出的信息(用户数据)，而控制段提供控制信息。语音信号叠加在各符号块信号点的至少一部分或全部信号点上，以将语音和数据同时传输给对方终端。控制信息可以表示一个二级数据源发出的信息，和(或)包括有关下个数据块特征(如用户数据率)的信息和有关通信信道特征的信息。

Description

语音、数据同时传输中的 副信道通信
本发明涉及数据通信设备，具体地说，涉及在语音、数据同时通信设备中的副信道利用。
在1993年6月14日提交的相关未决、且共同转让的GordonBremer and Kenneth D.Ko的美国专利申请NO.08/076505“模拟、数字同时通信”(“Simultaneous Analog and Digital Communication”)中揭示了一种将语音信号叠加在数据信号上通过通信信道传输给接收端的调制解调设备的语音、数据同时通信***。
在这种模拟、数字同时通信***中，要发送的数据信号由一个数据符号序列表示，其中的每个数据符号分别与取自一个信号空间的一个相应的N维信号点的值对应。类似，对语音信号所表示的模拟信号的处理是将它映射到这个N维信号空间内，从而得到一个语音信号点。这个语音信号点规定了一个相对于这个信号空间原点的语音信号向量的幅度和角度。数据符号和语音信号向量叠加在一起，得到一个合成的N维信号点，发送给远端的调制解调设备。
当收到所发送的N维信号点时，远端的调制解调设备的接收机检测所埋入的数据符号，再从接收到的N维信号点中减去该数据符号，以得出语音信号向量。然后用这语音信号向量来恢复语音信号。
利用上述技术同时发送语音和数据有时需要发送与语音和数据信息分离的辅助信息。例如，1993年6月21日提出的悬而未决、且共同转让的Gordor Bremer，Kenneth D.Ko，Luke J.Smithwick，andEdward S.Zuranski，的美国专利申请NO.08/076525“语音、数据同时传输中的自动数据速率调整方法”(“Autorate Method for Simultane-ous Transmission of Voice and Data”)指出，可以在一个从属的信道(即副信道)上附加发送“无声指示”消息，如在该技术领域中所知道的那样，这个副信道是与语音、数据同时传输分离的。
在本发明所提出的优越的副信道技术中，副信道是与数据信号多路调制的，合成的多路信号再加上模拟信号(如语音)，以提供语音、数据的同时传输。
在本发明的一个实施例中，语音、数据同时通信的调制解调设备将一个符号流划分成多个符号块，每个符号块都包括一个数据段和一个控制段。在工作模式是“数据模式”时，数据段载有一个用户发往对方的信息，即用户数据，而控制段提供控制信息。在“数据和模拟”工作模式，则象语音那样的模拟信号加到各符号块中的至少一部分甚至是全部的符号上，以将语音和数据同时传输给对方。
本发明的一个特点是这个控制信息可以表示许多辅助信息。例如，控制信息可以表示从一个二级数据源来的信息，和/或可以包括有关下个符号块特征(如用户数据速率)的信息，以及有关这个信道特征的信息。
此外，由于用了符号块，因此就能发送从一个数据终端来的“原始的”异步数据，而不用发送起始位和终止位。这是因为采用以符号块形成的帧结构以保存各字符界限，使得在数据连接的接收端能正确地恢复这些字符界限。这样就没有必要发送起始位和终止位，从而使可用数据带宽有效地增加了25％。
在本说明的附图中：
图1为体现本发明原理的语音、数据同时通信***的方框图；
图2示出了体现本发明原理的示例性符号块；
图3示出了符号块控制段的控制位在“仅数据”和“数据和模拟”这两种状态下的分配情况；
图4示出了一些具有不同位速率的信号空间；
图5为说明“语音启动的”数据速率改变方法的流程图；
图6示出在数据速率高于每秒4800位时控制段冗余位的利用情况；
图7为体现本发明原理的语音、数据同时调制解调设备的发射机部分的方框图；
图8为体现本发明原理的语音、数据同时调制解调设备的接收机部分的方框图；
图9为体现本发明原理的语音、数据同时调制解调设备的发射机部分的另一个实施例的方框图；以及
图10为体现本发现原理的语音、数据同时调制解调设备的接收机部分的另一个实施例的方框图。
图1示出一个语音、数据同时通信***的方框图。在以下的说明中，假设在图1的用户1和用户2之间已经建立了一个通信通路。用户1的通信设备包括数据终端设备(DTE)10、电话机20和语音、数据同时(SVD)调制解调设备100。SVD调制解调设备100接收要传输给SVD调制解调设备300的两种形式的信号，一种是来自DTE10的数据信号，另一种是来自电话机20的语音信号。SVD调制解调设备100将数据信号和语音信号加以编码，得到一个语音和数据合并的信号，通过本地回路101、公用电话交换网(PSTN)200和本地回路301传输给SVD调制解调设备300。除了本发明的创造性设计外，语音、数据同时调制解调设备的基本操作在以上提到的美国专利申请NO.08/076505“模拟、数字同时通信”中有着说明，该专利在此列作参考文件。SVD调制解调设备300接收到SVD调制解调设备100发送的语音、数据合并信号后，将数据信号送至DTE 30，将语音信号送至电话机40。数据和语音信号反向传输(即从SVD调制解调设备300至SVD调制解调设备100)的情况与上述相同。因此在以下的说明中只对SVD调制解调设备100加以说明，当然，SVD调制解调设备300也是一样采用了本发明设计思想的。
如上面曾经提到过的那样，有时候需要在图1的SVD终端(即SVD调制解调设备100和300)之间传输辅助信息。例如，在SVD调制解调设备100和300之间进行语音和数据通信期间，可能会有一些时间段并无语音信号。有无语音信号不仅对于任何SVD自动数据速率技术是重要的，而且还影响到每个符号的数据位数，如在1993年6月14日提交的悬而未决、且共同转让的美国专利申请NO.08/076530“在语音、数据同时传输***中的成形信号空间”(GordonBremer，Kenneth D.Ko，and Luke J.Smithwick，“Shaped Signal Spacesin a Simultaneous Voice and Data System”)中所述。一般说来，当发送数据加语音时，需要减少在数据信号空间中的符号数，以提高传输语音的质量。副信道的使用提供了将信息依照现行数据信号空间中继给远端的SVD调制解调设备的能力。这为“语音启动的”数据速率改变(下面将加以说明)提供了支持。
因此，按照本发明设计的传输格式含有一个在SVD信号内的副信道，如图2所示。这个SVD副信道不仅可以在图1所示的SVD端之间传输辅助信息，还可以使语音信号能在SVD数据连接的整个带宽上进行发送。
由图2可见，SVD调制解调设备发送的信息包含在一个帧内，也就是“符号块”内，例如包含在符号块405内。作为这个例子来说，一个符号块有70个符号。在每个符号块内相继的各符号分别标为S1，S2，S3，…S70。
每个符号块再划分为一个数据段(如数据406)和一个控制段(如控制段407)。作为例子，假设在数据段内的符号组为S1至S56。这些符号是“数据符号”，始终都是传送DTE数据的。就下面进行的讨论来说，符号率定为3000符号/秒，当然也可以采用其他符号率，如2800符号/秒。在符号率为3000符号/秒的情况下，一个符号块的平均数据符号率为(56/70)×3000＝2400符号/秒。因此，如果每个数据符号有6个数据位，则总的数据率为14400位/秒。假设这个数据率高到足以满足用户的要求，使得余下的SVD数据连接带宽可以分配给提供副信道的控制段。
作为控制段的那些剩下的符号，即S57至S70，是“控制符号”。通常，这些控制符号不传送DTE数据，而传送控制信息。每个控制符号表示多个“控制位”。控制符号的编码、量化与DTE数据符号相同，例如使用同一个信号空间。控制符号提供了在SVD调制解调设备100和300之间传送辅助信息的副信道。按照本发明设计，虽然数据符号表示用户数据而控制符号表示控制信息，但数据符号和控制符号都可以也传送模拟数据，在本例中，模拟数据为电话机20加到SVD调制解调设备100上的语音信号，(这在下面还要进行说明)。结果，副信道就是语音、数据同时传输的一部分。
值得注意的是，如果使用的符号率较低，例如为2800符号/秒，那么数据段的长度和控制段的长度都要改变。例如，如果在每个符号块长度固定为70个符号的情况下要保持平均符号率为2400符号/秒，则一个以2800符号/秒传输的符号块的数据段有60个符号，而控制段有10个符号。
虽然控制段的符号可以表示各种信息，但在这个实例中控制信息再划分成如图3所示，表示模拟参数信息、一个状态标识符、二级数据和一个总体字段。可用来表示模拟参数信息的位数是符号块的“状态”和每个控制符号的位数的函数(下面将进行说明)。
一个符号块的“状态”由以前的符号块的“状态标识字段”的值表示。例如，图2符号块410的状态由它的前一个符号块405的状态标识字段的值确定。本例中任何符号块的状态限制为两个，“仅数据”或“数据和模拟”。因此，状态标识字段就很方便地用一位来表示，在图3中示为控制位14。值为“1”表示“数据和模拟”状态，而值为“0”则表示“仅数据”状态。
SVD调制解调设备100例如在开机时就默认“仅数据”状态，在以后与SVD调制解调设备300建立的各数据连接中都将状态标识符位初置为表示“仅数据”状态。图4例示了几个在SVD调制解调终端之间发送信息信号空间。虽然数据符号表示用户数据而控制符号表示控制信息，然而无论数据符号还是控制符号都是从同一个信号空间选取的。在“仅数据”状态，所示的这5个信号空间都能用于在SVD终端之间发送信息。图4的点阵“A”示出一个每个符号表示两个信息位的信号空间。类似，点阵“E”示出了一个每个符号表示6个信息位的信号空间。如果条件许可，最好用图4的点阵E，因为这样可以在SVD终端之间以最高的传输位率进行传输。
只是在“数据和模拟”状态才在SVD终端之间有语音传输。如上所述，在同时发送语音和数据时，在语音传输质量与符号点阵大小之间就要进行折衷。例如，如果在“数据和模拟”状态采用图4的点阵E，则这种颇高的符号密度减小了叠加在从这个点阵选取的各符号上的语音信号的动态范围，结果损害了语音的质量。因此，在语音传输期间希望选用点阵A，因为点阵A的符号较少，这样可以使语音信号的动态范围较大，从而改善了语音信号传输的质量。
图5例示了一种在SVD调制解调设备100中使用的在图3的信号空间之间进行切换的方法。在开机或每次数据连接开始时，SVD调制解调设备100在步610进入“仅数据”状态，在步615，SVD调制解调设备100选取与“仅数据”状态对应的信号空间，也就是在SVD调制解调设备100和300之间商定的最高数据率。SVD调制解调设备100在步620监视电话机20，检查电话机20是否已经“摘机”而处于有效状态。如果用户1还没有摘机，SVD调制解调设备100就返回步610，保持在“仅数据”状态。然而，当SVD调制解调设备100检测到用户1已经摘取电话机20时，SVD调制解调设备100假定需要进行语音通信，从而转换到“数据和模拟”状态。在步630，SVD调制解调设备100改变现行符号块(如图2中的块405)中的状态标识符位，向SVD调制解调设备300指示下一个符号块(即块410)将是处在“数据和模拟”状态。符号块405发送完成时，SVD调制解调设备100就在步640转换到用图4的点阵A来传输符号块410。因此，当用户1取起电话机20时，SVD调制解调设备100就动态地改变位率，以适应有语音信号的状况。所以，当收到块405时，SVD调制解调设备300不仅就知道安用哪个信号空间对从块410入站的符号流进行解码，而且还能推断电话机20钩键开关的状态。
在切换到“数据和模拟”状态后，SVD调制解调设备100在步650监视电话机20，以检测用户1是否已经“挂机”。当用户1“挂机”放下电话机20时，SVD调制解调设备100返回到步610，将下一个符号块的状态标识符字段设置回“仅数据”状态，再切换数据率，回到在SVD调制解调设备100和300之间商定的前数据率。
由图3可见，所示的控制段中的控制位数是固定的28位。然而，一般说来，如果符号率不变，那么控制段可用的控制位数就随着每个控制符号的位数而改变。例如，在“仅数据”状态，可以采用图4的各种点阵。如果用的是点阵E，则每个符号有6位。因此，在任何一个控制段内都有84位可用来在SVD调制解调设备100和300之间传送控制信息。然而，在“数据和模拟”状态，SVD调制解调设备100转换到用点阵A，每个符号只有2位，也就是说具有14个控制符号S57至S70的控制段只有28位。因此，在一个控制段中的位数实际上会随所选取的信号空间改变的情况下，在本实施例中，控制段的位数由在“数据和模拟”状态下可利用的控制位数限定，即为28位。
在“数据和模拟”状态，控制位N1至N13、N15至N22以及N28用来表示“模拟参数”信息。与状态标识信息组类似，这些模拟参数传送的是有关下个数据块的信息，如在位15至22以及28中的“自适应增益”信息。在本例中，在“数据和模拟”状态的模拟参数位1至13留作备用。应该注意的是，控制段所傅送的信息不必局限于有关“下一个”符号块的信息。
在一个“仅数据”符号块中，“模拟参数”的传输是可任选的。事实上，在“仅数据”状态减少用来传送模拟参数信息的控制位数，这样就可以用控制位N6至N13传输二级数据(Secondary data)。即使在一个“仅数据”状态没有“模拟参数”信息要发送，也不使用全部控制位来传输二级数据。在上述这种控制位分配情况下，如果符号率为3000符号/秒，二级数据的数据率为342位/秒。
如上所述，在“仅数据”状态可以使用较高密度的信号空间，从而在上述控制段中就有比实际使用的更多的可传送控制信息的位。然而在图1所示的SVD通信***中总有一种利用这些额外的数据位的方式，来使在检测所接收的SVD符号块的正确状态时发生的误差最小。
如果SVD接收机在检测所接收的符号块的正确状态时产生了一个错误差，这个误差对于不同的正确状态会对用户有不同的影响。例如，如果所接收的符号块的状态是“仅数据”状态，而接收机却误证为是“数据和模拟”状态，于是接收机将以所设想的错误判决区域对数据进行解码，启动模拟输出，对收听者造成一阵数据噪音。相反，如果状态是“数据和模拟”，而接收机却误证为是“仅数据”状态，于是接收机将由于疏忽而没有模拟输出。在这两种可能出现的错误情况中，对于用户来说似乎将符号块误判为处在“仅数据”状态较为可接受一些，因为用户只是偶而听不到声音而已。然而将符号块误判为处在“数据和模拟”状态可能会使用户更为烦恼，因为用户会听到一阵数据噪音。因此，看来使后一种错误出现的可能性最小会更好一些。特别是这种错误出现的可能性随着数据率的增大而增大。
为了减小将“仅数据”状态错误地检测为“数据和模拟”状态的可能性，在数据率高于4800位/秒时，每个控制符号中以前尚未利用的额外的一些位现在用作“冗余的”状态标识符位。具体地说，在数据率高于4800位/秒时，利用每个控制符号一个额外位。这为SVD接收机提供了额外14个冗余信息位。图6简明地示出了这种技术的情况。在“仅数据”状态，可以用如图4所示相应信号空间提供的从4800位/秒至14400位/秒的数据率进行数据传输。每个控制符号表示了几个位，它们是现行选用的信号空间的函数。这些位是从bo至b5，如图6所示。在数据率为4800位/秒时，每个符号的位数最少，只有b0和b1。随着数据率的增大，就有一些额外位可利用。例如：在数据率为7200位/秒时，有一位，b2；在数据率为14400位/秒时，增至四位，b2至b5。在例示的这个实施例中，只利用了一个额外位，如b2，而在更高数据率时的其他额外位就未加利用。
这14位是在现行符号块控制段中发送的状态标识4符位的间单的拷贝。SVD接收机根据服从这14个冗余位和控制段的状态标识符位的“多数”的原则确定下一个符号块的适当状态。
虽然在数据率高于4800位/秒时各控制符号中都有一个额外冗余位用来防止SVD接收机对下一个符号块状态的错误判定，但在数据率为较低的4800位/秒时，利用控制段的总体字段，结合在4800位/秒的信号空间点阵中所提供的空间分离，为状态标识符位提供充分保护。
由图3可见，五个控制位规定了总体字段。在本例中，总体字段代表五个其他预定控制位的逆(inverse)。这些总***用来支持SVD接收机对控制段的解码。五个控制位14至18由总体字段保护。这五个控制位是：状态标识符位，用于接下来的符号块的均衡器锁定位，以及三个表示自适应增益三个最高位的位。SVD接收机进行有偏抉择，以评价这些总***测定。例如，如果接收到的自适应增益位与相应的总***不一致，则接收机选用使扬声器音量较小的那个增益值，因为对于收听者来说音量暂时减小总要比突然增大容易接受一些。
如图3所示，总体字段配置在控制段内而不是配置在控制段的任何一端，这样可以增大由于定时偏差而使总体字段出错的概率。SVD接收机还始终监视着多个符号块的总体性错误的情况，作为信道条件低劣或符号计数器同步丧失(以下将加以说明)的指示。无论出现上述哪一种情况都会使SVD接收机与对方SVD终端进行重新训练。
如上所述，防止可能出现错误地从一个状态转换到另一个状态是十分有利的。在“数据和模拟”状态，模拟参数字段中具有语音信号的增益信息。然而，在“仅数据”状态就不必提供增益信息，因为根本就没有语音信号。因此，可以通过提供虚增益信息为防止错误地从“仅数据”状态转换到“数据和模拟”状态提供额外保护，这样即使SVD接收机错误地转换到“数据和模拟”状态，而对用户造成噪音的数据信号所受到的放大也是非常小的。
下面参照图7说明体现本发明原理的SVD调制解调设备100的发射机102方框图。除了本发明的创见外，SVD调制解调设备100的各个组成部分是众所周知的，这里不再详述。例如，CPU105是一个以中心处理单元及存储程序数据的有关存储器为基础构成的微处理器。此外，假设操作数据符号率和在“仅数据”状态的每个符号的数据位数在初始训练和数据率商定序列期间被确定，也由在SVD调制解调设备100和300之间进行的重新训练确定。虽然假设在通信期内符号率不变，但每个符号的数据位数还可按各种众所周知的自动数据率调整技术改变。
电话机20向语音编码器130提供语音信号。语音编码器130以每秒1/T个符号的预定符号率将一个两维信号点的序列输出到线131上。每个两维信号点表示一个相对一个信号空间(未示出)的原点的“语音信号向量”。此外，通过线104将具有有关电话机20“摘机”状况的信息和要传输给远端SVD调制解调设备300的模拟增益信息的信令传送给CPU105。如前所述，当电话机20的用户1摘机式挂机时，“摘机”信号就通知CPU105，使得SVD调制解调设备100能选取相应的“仅数据”状态或“数据和模拟”状态。CPU105通过在线124上发出的信号控制量化器和编码器180选择适当的信号空间。
DTE10向数据缓冲器125提供数据信号。数据缓冲器125将DTE10提供的数据存储起来，稍后传送给多路调制器(MUX)140。控制缓冲器120接收在线107和118上的两个信号。线118上的信号表示任何二级数据源。事实上，二线数据源60代表SVD调制解调设备100可以在“仅数据”模式工作期间在控制段内提供额外数据带宽进行数据通信的能力。虽然为了简单起见，二级数据源60在图中被示为一个独立的源，但也可以是DTE10。例如，可以将控制缓冲器120接到数据缓冲器125上，将这个额外的数据带宽分配给DTE10。相反，在线107上的信号表示如图3中所规定的模拟参数信息。可以观察到，虽然本实施例发送各种不同的控制信息，但并没有要求在控制段发送对SVD通信***来说是特殊的任何信息。
SVD调制解调设备100的状态由CPU105通过线119提供给控制缓冲器120。它表示控制缓冲器120为控制段的状态标识符位要用的值。如果SVD调制解调设备100处在“仅数据”状态，则控制缓冲器120就多路调制模拟参数信息(如果有的话)与二级数据，提供如图3所示的“仅数据”状态的控制段。另一方面，如果SVD调制解调设备100处于“数据和模拟”状态，则控制编码器120提供只包含由CPU105通过线107提供的模拟参数信息的“数据和模拟”控制段。控制编码器120还产生总体字段，以及对于适合它的信号空间在数据率高于4800位/秒时产生状态标识符位拷贝，以提供前面所述的冗余度。
发送计数器110控制MUX140向量化器和编码器180提供数据或控制信息。量化器和编码器180可以采用任何众所周知的编码技术，如量化、格子编码等，以1/T的符号率将符号序列加到线181上。这些符号是从图4所示的其中一个信号空间选取的。信号空间的选择由CPU105通过线124控制。
CPU105根据SVD调制解调设备100和300之间的训练或重新训练的结果使发送计数器110同步。如在该技术领域所周知的那样，数据连接的两个调制解调设备通常要执行一个信号交换程序，其中包括一个使每个调制解调设备的均衡器和回波抵消器初始化的训练程序(未示出)。如果失去同步，就需要执行重新训练程序。当SVD调制解调设备100的接收机(将在稍后说明)指示一些在接收到的符号块中已经出现了过多的总体字段错误时，CPU105就确定同步已经丧失。
发送计数器110必需得到同步是因为发送计数器110通过对符号周期进行计数来成帧一个个符号块的。如上所述和图2所示，每个符号块包括70个符号。因此，发送计数器110进行“模70”计数。在前56个符号周期期间，亦即在数据段期间，发送计数器110控制MUX140向量化器和编码器180提供数据段信息。在后14个符号周期期间，亦即在控制段期间，发送计数器110控制MUX140向量化器和编码器180提供控制段信息。
加法器135将线131上的各语音信号向量(如有的话)与量化器和编码器180提供的相应符号相加，向调制器145提供一个信号点流。调制器145按照众所周知的正交振幅调制(QAM)进行工作，通过线146向混合(hybrid)电路115提供一个发送信号，以便通过PSTN200传输给SVD调制解调设备300。
SVD调制解调设备100的接收机103实现与上述发射机102互补的各种功能，其方框图如图8所示。接收机103和发射机102中的共同器件具有相同的标号，如CPU105，混合电路115等。混合电路115通过PSTN200接收由SVD调制解调设备300发来的发送信号，将接收到的这个信号加到解调器150上。解调器150向解码器190提供接收到的信号点序列。解码器190执行发射机102的量化器和编码器180的逆功能，每个符号周期向多路分离器(DEMUX)155提供一个携有信息的信号。接收计数器175通过线177控制DE-MUX155。在进行了上述的训练或重新训练后，CPU105使接收计数器175复位，开始模70计数。接收计数器175控制DEMUX155将前56个符号周期的信息通过线11送给DTE10，这是数据段。而将后14个符号周期的信息通过线157送给控制器165。接收计数器175不断重复地这样对接收到的信息流进行分离操作，直至被CPU105复位。
如上所述，每个SVD调制解调设备开始都是处在“仅数据”状态。因此，接收机103假设接收到的第一个符号块是处在“仅数据”状态。然后根据这第一个符号块的状态标识符字段确定下一个符号块的状态，如此反复。
控制器165通过线167向CPU105提供状态标识符位的值、通过线169提供模拟参数信息和通过线159提供总体字段是否有错误的指示符。控制解码器165在数据率高于4800位/秒时对所有的状态标识符拷贝位执行服从多数的表决，如前面所述。此外，控制解码器165还对总体字段位进行处理(如前所述)最后通过线168提供二级数据。
根据控制器165提供的信息，CPU105执行一系列操作。首先，根据状态标识符的值，CPU105通过线109向解码器190指示对下一个符号块解码所用的信号空间。这使接收机103可以正确地对接收到的信号点序列进行分离和解码。其次，CPU105根据模拟参数信息通过线172调整各模拟设置。在本实施例中，模拟参数信息仅提供给语音解码器170使用。这使接收机103可以很方便地利用增益设置用于语音信号和其他参数(如有的话)。最后，CPU105根据在一定时间内积累的总体字段的错误数的统计产生重新训练序列。当发生重新训练时，CPU105将接收计数器175复位。应该注意的是，如果解调器150检测到来自远端SVD调制解调设备发出的一个训练或重新训练序列的信息，就通过线152通知CPU105，CPU105也将接收计数器175复位。
语音解码器170在“在数据和模拟”状态期间向电话机20提供语音信号。语音解码器170由CPU105在“数据和模拟”状态期间通过线171被启动。接收计数器175通过线176向语音解码器170提供同步信号，以便从通过线151传来的接收到的信号点序列中准确减去接收到的符号。接收到的符号序列由解码器190通过线191提供。语音解码器170具有缓存功能，以适应由于解码器190在对接收到的信号点进行解码的过程中所引起的各种延迟。
因此，上述创造性设计建立了一个SVD副信道，其中无论是数据符号还是控制符号都可用来承载语音信号。这种创造性设计的另一个实施例示于图9和10。图9为作为这个实施例的SVD调制解调设备的发射机部分的方框图，除了数据段和控制段分别采用不同的信号空间外，其他与图7类似。
DTE10向数据编码器525提供一个数据信号。数据编码器525提供一个符号率为1/T的两维信号点的序列。这些两维信号点是从图4所示其中一个信号空间中选取的，由CPU105通过线524进行控制。每个信号点与一个特定的两维数据符号对应。数据编码器525可以采用任何众所周知的编码技术，如量化、格子编码等，以提供数据符号序列。
控制编码器520接收在线107和119上的两个信号(如上所述)，并在线521提供一个符号率为1/T的控制符号序列。控制编码器520的工作方式与数据编码器525相同，可以采用任何众所周知的编码技术，如量化、格子编码等，以提供控制符号序列。与上述数据编码器525相同，这些两维符号是从图4所示其中一个信号空间选取的。这些控制符号表示了一个控制段。SVD调制解调设备100的状态由CPU105通过线119提供。如果SVD调制解调设备100处于“仅数据”状态，则控制编码器520将模拟参数信息(如有的话)与二级数据复合，提供如图3所示的“仅数据”状态的控制段。另一方面，如果SVD调制解调设备100处于“数据和模拟”状态，则控制编码器520就提供只包括CPU105通过线107提供的模拟参数信息的“数据和模拟”控制段。控制编码器520还产生总体字段，和在“仅数据”状态当数据率高于4800位/秒时产生状态标识符拷贝位，以提供上述冗余度。
进行模70计数的发送计数器110控制多路复用器(MUX)540，使它向线541提供上面提到过的符号块。CPU105根据SVD调制解调设备100和300之间的训练或重新训练结果对发送计数器110进行同步。在前56个符号周期(数据段)期间，发送计数器110控制MUX540向加法器135提供来自数据编码器525的数据符号。在后14个符号周期(控制段)期间，发送计数器110控制MUX540向加法器135提供来自控制编码器520的控制符号。由于发送计数器110使MUX540在数据编码器525和控制编码器520之间转换，因此这两个编码器都必需包括缓冲器，以便为在另一个编码器向MUX540提供符号期间所积累的各数据提供存储。
加法器135将线131上的各语音信号向量(如有的话)与MUX540提供的相应符号相加，从而向调制器145提供一个信号点流。调制器145按照众所周知的正交振幅调制(QAM)进行工作，通过线146向混合电路115提供一个发送信号，通过PSTN200传输给SVD调制解调设备300。
图10所示的接收机503实现与图9所示的发射机502互补的各种功能。混合电路115接收到由SVD调制解调设备300通过PSTN200发送的一个信号后，将接收到的这个信号加到解调器150上。解调器150向由接收计数器175通过线177控制的多路分离器(DEMUX)555提供一个接收到的信号点序列。在如上所述的训练或重新训练后，CPU105将接收计数器175复位，使它开始模70计数。接收计数器175控制DEMUX555，使得接收到的符号块的前56个接收到的信号点加到数据解码器560，而后14个接收到的信号点加到控制解码器565。接收计数器175不断重复地这样对接收到的信号点流进行分离操作，直至被CPU105复位。
控制解码器565通过线167向CPU105提供状态标识符位的值、通过线169提供模拟参数信息和通过线159提供在总体字段是否有错误的指示符。控制解码器565在数据率高于4800位/秒时对所有的状态标识符拷贝位执行服从多数的判决，如前面所述。此外，控制解码器565还对总体字段位进行处理(如前所述)和通过线168提供二级数据。
根据控制解码器565提供的信息，CPU105执行一系列操作。首先，根据状态标识符信息的值，CPU105通过线509向数据解码器560和控制解码器565指示对下一个符号块解码所用的信号空间。这使接收机503可以正确地对接收到的信号点序列进行分离和解码。其次，CPU105根据模拟参数信息通过线172调整各模拟设置。最后，CPU105对训练和重新训练事件作出响应，将接收计数器175复位。
数据解码器560和控制解码器565分别执行数据编码器525和控制编码器520的编码功能的逆功能。语音解码器570在“数据和模拟”状态期间向电话机20提供语音信号。语音解码器570由CPU105通过线171控制，在“数据和模拟”状态期间被启动。接收计数器175通过线176向语音解码器570提供同步信号，以便从通过线151传来的接收到的信号点序列中减去正确接收到的符号。语音解码器570具有缓冲功能，以适应由于数据解码器560和控制解码器565在对接收到的符号进行解码的过程中所引起的各种延迟。
SVD符号块可以传送同步数据流，也可以传送异步数据流。然而，使用SVD符号块还可能发送“原始”异步数据(下面将予定义)而不需发送数据的起始位和终止位。在从DTE接收到一个字符后，除去起始位和终止位，并在将这个字符送到DTE前在线路的另一端加以恢复。使用SVD块编码提供的帧结构维护了字符的界限，使得这些界限能在链路的接收端正确恢复。这种能发送不带起始位和终止位的异步格式的数据的性能显著地改善了总的***响应，有效地将可用数据带宽增加了25％。
术语“原始”异步数据是指调制解调设备配置成不利用本身所具有的误差控制和数据压缩性能的形式。在这种通常称为“缓冲模式”的模式，从DTE接收到的字符逐位发送给另一个调制解调设备。由于信息流的控制机制仍然可用，虽然在DTE和调制解调设备之间的数据率可以与PSTN线上所采用的数据率不同，但这两个数据流的内容是相同的。
在本实施例中，这种原始数据模式由CPU105对提供“缓冲模式”命令的DTE10作出响应而启用。如在该技术领域中所知的那样，象DTE10这样的数据终端设备能在一个调制解调设备(如SVD调制解调设备100)中通过使这个调制解调设备处于“命令模式”构成或控制各种可选形式。在命令工作模式期间，调制解调设备将数据终端发来的数据解释成给它的指令。调制解调设备的用户可以有几种方式进入命令模式，例如调制解调设备一开机就进入命令模式，或者通过向调制解调设备发送诸如在“AT命令集”中规定的“＋＋＋”那的一个预定符号序列进入命令模式。作为本说明而言，SVD调制解调设备100提供了一种“AT命令集”类似的命令模式。
回到图7，在接收到缓冲调制解调命令后，SVD调制解调设备100的CPU105不仅向数据缓冲器125提供现行的状态标识符，还通过线123向数据缓冲器125提供一个信号，116从DTE10提供的所有数据中除去各起始位和终止位。然后，利用模拟参数信息组中的一位来标识这个原始数据模式，以确定下一个数据段所包含的是原始数据。这样，接收SVD调制解调设备300在检测到模拟参数信息组中的这个信息后，控制DEMUX155，使它在将数据送到DTE10前通过加上起始位和终止位恢复各数据字节。
对於使用来说，这种数据传送方式可以用专为在PSTN线路上高效率传输文字信息设计的PC应用“电报”程序实现。这些程序与调制解调设备必需用异步数据格式通信，因为个人计算机并没有装备宽的有效带宽的同步传输所要求的接口硬件。
对于数据符号的个数为8的整数倍的SVD符号块来说，不需要额外的帧结构信息，因为无论每个符号有几个数据位，每一块总是含有整数个从异步字符通过除去起始位和终止位得到的8位字节。然而，对于一个其中的符号的个数不是8的整数位的SVD符号块来说，就需要一个“超帧(Super—frame)”结构。这要求在可用的“模拟参数位”中至少保留一位(或保留这些位的某个独特的模式)，周期性地标出超帧的起点。
以上只是对本发明的原理加以说明，显然，对于熟悉该技术的人员来说可以设计出各种虽然在此未直接说明任何体现本发明的原理和属于本发明的精神实质和保护范围的其他结构。
例如，虽然在说明中本发明是用各分立功能模块(如：编码器，解码器，发射机等)来实现的，然而这些模块中任何一个或几个模块的功能可以用一个或几个适当的程序控制处理器(如数字信号处理器)来执行。
此外，模拟信号不局限于语音信号，各种模拟信号都可以，甚至可以是另一个携有数据的信号。控制段和数据段的次序可以互换。本发明的独创性设计可以用于任何N维信号空间。也可以采用其他技术根据SVD调制解调设备的状态选择适当的信号空间，例如检测电话机是否有语音能量输出等。而且，总体字段也不局限于位反相技术，可以对部分控制段或整个控制段进行其他方式的错误检测，如奇偶校验等。最后，虽然图1所示语音、数据同时调制解调设备100是通过本地回路101与DTE10和电话机20连接的，但本发明的设计也可应用于其他通信环境，如蜂窝式通信等。

Claims (21)

1.一种在模拟、数据同时通信的***中发送副信息的方法，其特征是所述方法包括下列各步：
对一个数据信号进行编码，以提供分布在等于T1的时间间隔内的J个数据符号；
对至少一个控制信号进行编码，以提供分布在等于T2的时间间隔内的K个控制符号，其中控制符号表示控制信息；
将J个数据符号和K个控制符号进行多路复用，提供一个由J+K个符号组成的符号块；
对一个模拟信号进行编码，提供分布在T1＋T2的时间间隔内的多个信号点；
将各信号点与符号块中相应的符号分别相加，提供多个合成信号点；以及
发送合成信号点。
2.权利要求1所提出的方法，其特征是其中所述符号块有一个数据段和一个控制段，其中J个数据符号接连设置在数据段内，而K个控制符号接连设置在控制段内。
3.权利要求1提出的方法，其特征是其中所述数据符号和控制符号都是从同一个信号空间选取的。
4.权利要求1提出的方法，其特征是其中所述由一个现行符号块传送的控制信息是下一个符号块的函数。
5.权利要求4提出的方法，其特征是其中所述控制信息表示下个符号块的自适应增益信息。
6.权利要求4提出的方法，其特征是其中所述控制信息传送下个符号块的数据率信息。
7.权利要求2提出的方法，其特征是其中所述控制段代表了数目固定的Y个位，它等于符号块中K个控制符号乘以这些控制符号中的每个y位组成。
8.权利要求7提出的方法，其特征是其中所述每个控制符号代表x位，而x＞y。
9.权利要求8提出的方法，其特征是其中部分x—y位传送拷贝的控制信息。
10.权利要求1提出的方法，其特征是其中所述这些数据符号表示一个同步数据流。
11.权利要求1提出的方法，其特征是其中所述数据信号表示一个异步字符流，每个异步字符都有一个起始位和一个终止位。
12.权利要求11提出的方法，其特征是其中所述对数据进行编码这一步包括除去各异步字符的起始位和终止位。
13.一种调制解调设备，其特征是所述设备包括：
根据一个数据信号提供一个数据符号流的装置525，各数据符号都是从一个第一信号空间选取的；
根据至少一个控制信号提供一个控制符号流的装置520，各控制符号都是从一个第二信号空间选取的；
形成一系列符号块的装置107、110、540，各符号块都由数量一定的数据符号和数量一定的控制符号组成；
根据一个模拟信号提供一个信号点流的装置130；
将各信号点分别与各符号块的至少相应一些符号相加从而提供一个合成信号点流的装置135；以及
发送合成信号点流的装置145—115。
14.权利要求13提出的设备，其特征是其中所述模拟信号是一个语音信号。
15.权利要求13提出的设备，其特征是其中所述符号块形成装置包括一个对各符号块中的各数据符号和控制符号进行计数的装置110。
16.权利要求13提出的设备，其特征是其中所述发送装置是一个正交振幅调制器。
17.权利要求13提出的设备，其特征是其中所述各符号块都包括一个数据段和一个控制段，数量一定的数据符号配置在数据段内，数量一定的控制符号配置在控制段内。
18.权利要求17提出的设备，其特征是其中所述控制符号中至少有一个符号表示下个符号块的信息。
19.权利要求17提出的设备，其特征是其中所述配置在控制段的控制符号表示二级数据。
20.权利要求17提出的设备，其特征是其中所述配置在数据段的数据符号表示一个同步数据流。
21.权利要求17提出的设备，其特征是其中所述数据信号表示一个异步字符流，每个异步字符都有一个起始位和一个终止位，而且所述响应数据信号的装置还执行从每个异步字符中除去起始位和终止位的操作。
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